天津院运用欧特克BIM软件完成绿色建筑设计

【摘要】解放南路文体中心位于解放南路地区，该地区在天津市南部，区域北接海河，南临外环线，东西两侧分别为微山路和解放南路，总占地面积17平方公里，分三期建设。

一、项目背景

1、项目名称 ：解放南路文体中心

2、项目设计单位 ：天津市建筑设计院

天津市建筑设计院（简称“天津院”）创立于1952年，经历五十多年历史沧桑，现已发展成为技术实力雄厚、人才济济的天津地区最大的综合建筑设计院。天津院拥有工程建筑设计、城乡规划编制、风景园林、工程监理、招标代理、造价咨询六项甲级资质，并经国家外经贸部批准，具有对外经营权，是国际建筑工程咨询协会（Fidic）会员单位。全院设有7个职能管理部门，2个技术研发中心，10个土建设计所，4个机电设计所，8个专项设计所和投资公司下属的45家多经公司（其中包括15家联合设计公司）。

3、相关软件应用 ：

Autodesk Revit Architecture

Autodesk Revit Structure

Autodesk Revit MEP

Autodesk Navisworks

Autodesk Showcase

Autodesk SimulationCFD

AutoCAD Civil 3D

Autodesk 3dsMax

4、BIM应用评价与反馈 ：

BIM是一种理念也是一种技术，它改变了设计师的思维方式和思维维度，把人们对建筑进行全方位全生命周期的优化和管理这一愿望变为了可实现的目标。

——天津市建筑设计院副总工程师 周国民

建筑设计是一项复杂的系统工程，基于BIM的欧特克软件整合了这个系统各方面的完整信息，并使其可视化。它不但是工程图纸绘制、校验的工具，更是建筑师在真正的三维层面进行设计思考的平台。我们期待BIM技术能够深刻地影响到建筑师的思维方式，从而使建筑设计行业发生巨大的变革！

——天津市建筑设计院设计三所执行总建筑师 刘欣

BIM作为一种新型的设计手段正在引领着一场设计模式的变革，而这种变革并不仅限于从二维绘图到三维绘图的变换，BIM模型中所包含的信息数据才是其核心价值，而推动其在建筑全生命周期的应用，帮助设计方、施工方、运营方合理统筹安排，最终达到节能高效等效果，才是推广BIM技术的最终目的。

——天津市建筑设计院技术发展部副部长 卢琬玫

欧特克BIM软件可以用于分析包括影响采光、能源效率和可持续性设计、材料等建筑性能的方方面面，可分析、实现低能耗，并借助通风、采光、气流组织以及视觉对人心理感受的控制等，实现节能环保；采用BIM理念，还可在项目方案完成过程中计算日照、模拟风环境等，进行方案比选，为建筑设计的“绿色探索”注入高科技力量。

——天津市建筑设计院网管中心副主任工程师 聂智勇

二、正文

天津院运用欧特克BIM软件完成绿色建筑设计

项目概况

解放南路文体中心位于解放南路地区，该地区在天津市南部，区域北接海河，南临外环线，东西两侧分别为微山路和解放南路，总占地面积17平方公里，分三期建设。按照天津市政府“十二五”规划，将天津市解放南路地区建设成为生态宜居社区，在地区规划中确定，区内新建建筑100%达到国家绿色建筑标准，成为国内首个中心城区人口密集区的绿色生态居住区。

作为该地区首个非经营性公建项目，文体中心的服务半径覆盖全部起步区以及邻近该地区的部分建成区。为居民提供交流、健身、成人教育、文化活动等社区服务场所，完善居住区的社会职能。为社会展示绿色建筑理念，同时降低实际运营成本。为此，天津市建筑设计院（简称“天津院”）制定了设计目标：低碳零能耗、LEED铂金认证、国家绿建三星。具体为：建筑能耗控制在每年50~70kWh/㎡（普通节能建筑能耗的40%左右）；碳排放量控制为每年42.7~60kgco2/㎡（普通节能建筑碳排放量的50%左右）。

绿色建筑对BIM理念的需求

1、自然生成

  建筑如同一棵有生命力的大树在现有的环境中生长，经过设计师的修饰与引导让它与自然相融合，这需要建筑造型与场地周边环境相适应，并提出客观的理论依据支持。

2、零能耗

解放南路文体中心项目将作为北方地区首座零能耗建筑，需要利用综合的节能措施，并寻求最优值。

因此天津院需要结合天津市（北方寒冷气候）自然条件，通过比选选定适合的被动节能措施，并且要将被动节能措施与建筑造型整合研究，再根据被动节能措施的选用和自然条件优化主动节能措施，而这一切都需要整合大量的数据进行综合分析研究，作为科学的理论依据。

3、人性化设计

解放南路文体中心是人们放松活动的场所，因此要着重强调人性化设计，以实现低能耗下的高舒适度，为此天津院采用高效节能的控制系统，并为建筑量身定制零能耗的运营方案。

BIM技术在绿色建筑中的深化

BIM——建筑信息模型在绿色建筑的设计过程中会有多维度的运用，不同设计阶段，整合相适应的数据模型。无论在规划阶段、方案比选阶段、还是在设计细化阶段，都进行着提取、交互、验证的过程，对于整个设计周期，也是闭合了这一设计流程。真正的将绿色建筑设计深入到绿色建筑研究，强化了设计的说服力。

1、地形融入——体量模型（数据信息）

采用AutoCAD Civil 3D与Googlemap的结合，快速调用场地周边城市环境，并通过直观的可视化形式协助设计团队理解规划意图。根据生成三维地形基础数据进行场地环境分析；通过环境的模拟分析，再加上设计理念，自然生成适应于场地环境建筑形体。

图1 地形基础数据

图2 体量方案

2、方案比选——分析模型

依照规划阶段的数据分析结论，天津院提出了四种方案体块利用专业软件快速建立分析模型，并通过不同软件的数据信息交互，完成建筑方案的分析模拟数据，通过加强比较，最终选出满足设计目标的最优方案。

图3 室内自然通风利用率分析

利用Autodesk SimulationCFD的流体力学电脑模拟分析，计算出各方案的立面风压差，评估各方案自然通风利用的效果。

图4 方案优化

图5 围护结构的热量验证

3、节能措施优化——详细模型

要达到低碳零能耗的目标，节能措施的选择和优化应属重中之重，也是BIM与绿色建筑结合的关键。天津院通过Autodesk Ecotect、IES、STARCCM+等分析软件，再用BIM技术辅助各专业合理的选用节能措施，以得出的分析结论作为依据，在自然通风、天然采光、遮阳、光导纤维利用等被动措施方面，以及高效暖通空调设备、高效照明设备等主动措施方面对项目进行整合优化，并在过程中不断提升模型信息，最终按实际完善了详细模型。

图6 墙体传热系数分析      

图7 遮阳及天然采光优化

图8 太阳能光伏板的排布

4、方案验证——成果模型

在此阶段已经可以集成完整的建筑数字信息，Autodesk Revit系列软件的协同工作模式让各专业在设计过程中及时的交流，并直观发现问题。为了获得最终优化后的设计方案节能效果，天津院对项目的整体综合能耗及热舒适度进行了模拟验证，得出了结论，也是闭合了绿色建筑研究的过程，并指导了后期的零能耗运营方案。   

  图9 建筑模型             

图10 设备专业模型  

图11 碰撞检测 

图12 建筑能耗验证结论

图13控制系统指导运营管理

总结与展望

通过解放南路文体中心项目的设计实践，综合利用BIM技术和建筑能耗分析进行可持续性设计，创建了天津市建筑设计院绿色建筑项目应用BIM技术的工作流程、各专业协作模式；研究了BIM应用的成果输出方式，以及BIM应用过程中各种仿真软件工具所需的数据交互方式，探索了适合天津地区绿色建筑项目的BIM技术应用的标准和规范。

通过解放南路文体中心项目的设计实践，天津院的BIM团队建立了具有动态的完备性、关联性、一致性的建筑数字信息模型，并以之为核心平台载体，进行能耗分析、碰撞检测、4D施工模拟等可持续设计，对于目前主流BIM工具盒软件分析工具的应用水平得到很大提升，并为后续类似项目的应用提高打下了基础。相信BIM应用的设计标准、规范将会日趋成熟完善，将会更加促进BIM应用的普及推广。BIM技术是一项新兴技术，作为处于探索阶段的先进建筑设计解决方案，其发展将由软件工程师与建筑设计师在加强沟通的基础上共同完成，使BIM技术更加高效的适用于实际工作，并推动软件行业与建筑设计行业在BIM带来的“革命”中双赢发展。BIM技术需要整个建筑行业在建筑全生命周期的各个阶段、各个环节加以应用，将实现真正意义上的建筑设计革命。

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